Электрические и электронные аппараты - электроаппараты

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА»

________

В. О. Тырва

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОННЫЕ АППАРАТЫ

ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ И СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

Санкт-Петербург

УДК 621.31

ББК 31.264

Рецензенты:

заведующий кафедрой электропривода и электрооборудования береговых установок ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова, профессор, кандидат технических наук

А. В. Саушев;

начальник отдела опытно-конструкторского бюро "Электроавтоматика"

В. А. Волок

Тырва В. О.

Электрические и электронные аппараты электроприводов и систем

автоматики: учеб. пособие. - СПб.: ГУМРФ имени адмирала

С. О. Макарова, 2014.- 335 с.

Электрические и электронные аппараты рассмотрены как элементы технических систем, предназначенные для управления передачей энергии и информации. Приведены изобразительные модели, электрические схемы и характеристики аппаратов и их функциональных частей.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 13.03.02 "Электроэнергетика и электротехника" профиль "Электропривод и автоматика".

УДК 621.31

ББК 31.264

©Тырва В. О., 2014

©Государственный университет морского и речного

флотаимени адмирала С. О. Макарова, 2014

ВВЕДЕНИЕ

Электрические аппараты появились тогда, когда стали проводить первые опыты с электричеством. На протяжении более чем столетие аппараты совершенствовались, появлялись новые типы аппаратов, расширялись области их применения. К настоящему времени создано большое количество электрических и электронных аппаратов разного назначения. Аппараты используются в различных электрических, электромеханических, электрогидравлических и других технических системах управляемой передачи и преобразования энергии. Не менее широко их применяют в системах автоматики для получения разнообразной информации и преобразования ее в сигналы, удобные для использования в системе.

Потребности в применении разнообразных видов аппаратов разного функционального назначения с широким диапазоном характеристик стимулировали использование новейших достижений науки и техники при создании электрических и электронных аппаратов. Электроаппаратостроение является одной из ведущих отраслей промышленности во всем мире с глубокими историческими корнями.

Выдающийся вклад в развитие теории электрических аппаратов внесли известные российские ученые: Н.Е. Лысов (нагрев контактных соединений), Г.В. Буткевич (дугогашение), Е.И. Цейров (газовая динамика дугогасительных устройств и системы управления выключателями), А.М. Залесский (дугогашение, теплоотдача, изоляция), О.Б. Брон (дугогашение, электродинамика, тепловые процессы в контактных системах), Г.А. Кукеков (дугогашение, теплоотдача), И.С. Таев (теория дугогасительных устройств аппаратов низкого напряжения), Б.К. Буль (теория магнитных цепей низковольтной аппаратуры) и др.

В технической литературе (в том числе и учебной) можно встретить разные наименования аппаратов, например, выключатель, переключатель, реле, контактор, пускатель, разрядник, короткозамыкатель и др. Часто в наименовании аппарата отражено его назначение, выполняемая им функция. Например, пускатель служит для пуска и остановки электродвигателя, осуществляя управление передачей энергии двигателю из электрической сети.

Некоторые аппараты представляют собой комплектные устройства. В них конструктивно и функционально объединены несколько аппаратов. Так, в состав пускателя могут входить такие аппараты, как кнопки управления, электромагнитные контакторы, тепловые реле. Все эти аппараты принято называть электрическими аппаратами и рассматривать как электротехнические устройства.

К электронным аппаратам относят устройства, в которых конструктивно и функционально объединены электронные приборы. В основном это полупроводниковая техника. Например, получили распространение твердотельные реле, у которых в отличие от электромеханических реле нет подвижных частей.

Для электрических и электронных аппаратов используют обобщающее наименование – электроаппарат. В нем отражается отличительная особенность электрических и электронных аппаратов – они обязательно имеют электрические связи с другими элементами некоторой технической системы. Однако эта особенность не исключает существования технически реализованных для электроаппарата механических, магнитных, оптических и других видов связей. В любом случае аппарат выполняет некоторую функцию управления передачей энергии в системе. Например, в электроприводе применяются аппараты для управления передачей электрической и механической энергии.

В главе 1 данного пособия электроаппарат представляется элементом технической системы. Выделяются и характеризуются его связи с другими элементами системы. Учитываются особенности функционирования аппарата, прослеживаемые по входным и выходным связям аппарата. Анализируется проявление электрического тока в тепловом и механическом воздействиях его на аппарат. Приводится классификация аппаратов по нескольким классификационным признакам.

При изучении электроаппаратов различного назначения и принципа действия удобно сочетать анализ с синтезом. При анализе электроаппарат представляется в виде совокупности функциональных частей, модели которых достаточно просты для изучения. При синтезе функциональные части объединяются в единое целое на основе композиции их моделей. Учитывая то, что разнообразные электроаппараты состоят из относительно небольшого множества типовых функциональных частей, в главах 2, 3, 4 приводятся сведения о таких частях, а именно: электрических контактах, электромагнитных механизмах, механических передачах, электронных ключах, интегрированных функциональных элементах и др.

В главах 5, 6, 7, 8. 9, 10 аппараты различного назначения рассматриваются с двух позиций. Каждый аппарат представляется состоящим из нескольких функциональных частей, обеспечивающих при своем взаимодействии, требуемое функционирование аппарата. На этой основе раскрывается принцип действия аппарата и особенности его работы. Также электроаппарат представляется элементом системы с входами и выходами и с определенным преобразованием входных воздействий в выходные воздействия на другие элементы системы. На этой основе конкретизируется применение аппарата в технической системе.

В этих главах рассматриваются аппараты дистанционного управления передачей энергии по силовым электрическим и по кинематическим цепям электроприводов, реле различного назначения, аппараты защиты электроустановок и аппараты защиты людей от поражения электрическим током, аппараты ручного управления, а также аппараты, которые называют информационными устройствами – это измерительные преобразователи и датчики.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 130302 "Электроэнергетика и электротехника" профиль "Электропривод и автоматика". Исходя из опыта преподавания, автор счел необходимым сделать в тексте ссылки на литературу, непосредственно не относящуюся к данной дисциплине, а также разъяснения некоторых терминов, сгруппированные в конце пособия под заголовком «Пояснения и ссылки».

Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОАППАРАТАХ

КАК ЭЛЕМЕНТАХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Основные понятия и определения

Электрические и электронные аппараты - электроаппараты

Электроаппараты получили применение в электроприводах различного типа, в системах электроснабжения и электроавтоматики, а также в других технических системах. Например, в электроприводе простейшее управление передачей электрической энергии от внешнего источника (силовой сети) до электродвигателя выполняется электромеханическим аппаратом (пускателем). С помощью своих контактов пускатель по командам замыкает и размыкает электрическую цепь питания двигателя тем самым, запуская в работу и отключая электродвигатель. Управление передачей энергии в других случаях может осуществляться с целью контроля и регулирования работы некоторого объекта технической системы, с целью его защиты при возникновении аварийного режима и т.п.

Электроаппарат (ЭА) представляет собой электротехническое или электронное устройство, имеющее оболочку и электрические связи, выходящие за ее пределы, предназначенное для управления¹ передачей энергии² (и информации³) в технической системе.

Оболочка (корпус) ЭА, отделяет аппарат от внешней среды, защищая его от проникновения посторонних твердых предметов и воды, а также защищая обслуживающий персонал от соприкосновения с частями аппарата, находящимися в движении или под электрическим напряжением.

По степени защиты от воздействия окружающей среды (обозначается «IP») ЭА может иметь одно из следующих исполнений: открытое, защищенное, каплезащищенное, брызгозащищенное, водозащищенное (герметичное), а также взрывобезопасное. Например, IP24 означает, что ЭА защищен от попадания внутрь оболочки посторонних твердых предметов диаметром более 12,5 мм и брызг воды; обслуживающий персонал защищен от соприкосновения пальцев рук с подвижными деталями и частями, находящимися под электрическим напряжением.

Электрические связи ЭА с другими элементами технической системы, реализованные в виде кабелей, проводов или других электротехнических изделий, служат проводниками электрического тока, по которым передаетсяэнергия и информация. Кроме электрических связей ЭА может иметь механические связи, по которым действуют силы и моменты сил. Возможны также иные виды связей ЭА с другими элементами системы, в которой он функционирует, например, оптическая, гидравлическая и др.